毕业论文--基于单片机的温度报警器设计.doc

忻州师范学院电子系本科毕业论文（设计） 目 录 引言 1 1. 温度报警器的总设计 .3 1.1 设计目标 .3 1.2 设计要求 .3 2. 方案论证与选择 .3 2.1 硬件设计方案的论证与选择 .3 2.2 数字温度传感器 ds18b20 .4 2.3 供电方案的论证与选择 .4 3. 设计方案 .5 3.1 硬件设计 5 3.2 程序设计 .8 4. 过程记录 .9 5. 测量方案与测量结果 10 6. 方案改进 10 总结 .10 参考文献 1 abstract2 附录 .11 忻州师范学院电子系本科毕业论文（设计） 1 基于单片机的温度报警器设计 电子系 电本 0803 班 学 生：赵永鑫 指导老师：郭山厚 摘 要： 本设计以单片机 stc12c5a60s2 为核心来构建小系统，外加有电源电路、显示电路、报警电路、 电池欠压指示电路来设计温度信息记录仪，实现了温度的测量。小系统采用 12mhz 的晶振频率，主 要负责各个部分的协调工作，电源采用锂电池供电方式，优点是电源效率较高，显示电路以共阳方 式连接，使得电路所用到的器件减少，按键电路采用独立按键的方式来实现各自设置的功能，最终 使得整体设计更加优化。 关键词：单片机 stc12c5a60s2，电源电路，显示电路，温度报警系统 引言 随着人们生活水平的不断提高，单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给 人带来的方便也是不可否定的，尤其在消防报警产品中的应用，在消防报警产品的技 术含量上，国内产品和国外产品差距不是很大，许多指标已经超越，存在的问题是： 类似于国外消防报警产品的大批量规模化的生产才刚起步，有待于积累经验和技术； 自本世纪 80 年代开始，随着电子产品在人类生活中的使用越来越广泛，由此引起的 火灾也越来越多，在我们生活的四周到处潜伏着火灾隐患。智能化火灾报警系统已并 非传统意义上的简单的报警设备，而是融入了计算机技术、电子技术、自动控制技术、 传感器的应用等各领域知识。伴随着科学技术的不断进步，火灾报警系统必将得到更 快的发展。 我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智 能化程度也越来越高。 。设计更好的火灾报警系统能有效地防止和减少火灾危害,解决火 灾报警器的问题,对保护人身安全和财产安全具有现实意义。本系统是一个由单片机控 制的温度检测系统，它将传感器输出地电压信号进行 a/d 转换、滤波、线性化，由单 忻州师范学院电子系本科毕业论文（设计） 2 片机将电压值转换为温度送 led 显示，并判断是否超过报警上限，若超过，则发出 声光报警。同时用户可以自己设定报警上限和定时时间，使用户可以根据实际情况方 便的掌握安全状况。该设计控制器使用单片机 at89c51，测温传感器使用 ds18b20， 时钟芯片用 ds1302，显示器用 lcd1602 以串口传送数据,实现温度显示和年月日的现 实，能准确达到以上要求。 1. 温度报警器的总设计 1.1 设计目标 以 stc12c5a60s2 单片机为核心设计一个结构简单、性能稳定、使用方便、 价格低廉、智能化的火灾报警器。 1.2 设计要求 （1）分析智能火灾报警系统的单片机控制的工作原理； （2）设计控制系统的主电路、控制电路； （3）选取合适器件，画系统原理图； （4）分析被控参数，编写控制程序 （5）整理系统原理图和控制程序； （6）撰写毕业设计说明书 2. 方案论证与选择 2.1 硬件设计方案的论证与选择 方案一：用 pnp 三极管、数码管和电阻以共阴方式连接电路。此方案共用 14 个三极管，22 个电阻，14 个脚。电流由三极管的发射级流入，流经电阻，通过数 码管，这一端为数码管的段选，另一端为数码管的位选。电路原理如图 1 所示。此 方案中用到的电阻和三极管都较多，使电路相对复杂。 方案二：用 cd4511、74ls138、三极管、电阻和数码管以共阴方式连接电路。 此方案 14 个电阻，6 个三极管，8 个脚。电流通过 cd4511 流经电阻到达数码管， 此端为数码管的段选，另一端为数码管的位选。电路原理如图 2 所示。此方案所用 的电阻和三极管相对方案一脚少，但是用到了 cd4511 和 74ls138 两个集成块，也 会使电路板相对变大。 忻州师范学院电子系本科毕业论文（设计） 3 方案三：用 pnp 三极管、数码管和电阻以共阳方式连接电路。此方案共用 6 个三级管，14 个电阻，14 个脚。连接有三极管的一端作为数码管位选，另一端作 为数码管的段选。电路原理如图 3 所示。此方案用到的三极管和电阻都较少，电路 简单明了，易于操作。 综上所述，选择方案三用 pnp 三极管、数码管和电阻以共阳方式连接电路。 2.2 数字温度传感器 ds18b20 由 dallas 半导体公司生产的 ds18b20 型单线智能温度传感器,属于新一代适配 微处理器的智能温度传感器,可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制 仪器、测控系统和大型设备中。它具有体积小，接口方便，传输距离远等特点。 （1） ds18b20 性能特点 ds18b20 的性能特点：采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其 它 i/o 口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值（9 位二进 制数，含符号位） ，测温范围为-55-+125 ，测量分辨率为 0.0625,内含 64 位经过激光修正的只读存储器 rom，适配各种单片机或系统机，用户可分 别设定各路温度的上、下限，内含寄生电源。 （2） ds18b20 内部结构 ds18b20 内部结构主要由四部分组成：64 位光刻 rom,温度传感器,非挥发的温度 报警触发器 th 和 tl,高速暂存器。64 位光刻 rom 是出厂前被光刻好的，它可以 看作是该 ds18b20 的地址序列号。64 位 rom 结构图如图 2 所示。不同的器件地 址序列号不同。 2.3 供电方案的论证与选择 方案一：变压器、整流滤波方式 此方案的优点是器件硬件选择方便，缺点是电源效率过低，体积过大。 方案二：开关电源方式 此方案的优点是电源效率高，缺点是开发周期长。 方案三：锂电池供电方式 此方案的优点是电源效率较高，缺点是成本相对较高。 忻州师范学院电子系本科毕业论文（设计） 4 方案四：暂时供电方式 此方案的性能是单电源输出+5v，优点是具有防反接功能，过流保护。 综上所述，选择方案三锂电池供电方式。 2.3.1 方案一原理图 2.3.2 方案二原理图 2.3.3 方案三原理图 3. 设计方案 3.1 硬件设计 此设计的控制系统主要由单片机的最小系统、数码管显示电路、电源电路 和报警电路，其中单片机 stc12c5a60s2 是系统工作的核心，它主要负责控 制各个部分协调工作即显示屏的显示内容。如图 5 所示。 硬件组成及所需元件：该系统的核心器件是 stc12c5a60s2 单片机。在 其外围接上电源电路、显示电路、上拉电阻。元件为：12.0m 晶振、若干电阻 r、电容 c 等。 p0.0-p0.7 是控制数码管显示数字,int0int1t0 用于中断控制 口。 3.1.1 电源电路 此设计中的电路用的是锂电池供电方案，此电路在 7805 的输出端与地之间 接 47uf 的电容，从输出端和地引出两条线，即可输出比较稳定的 5v 电压。此 电路设计的性能是单电源输出+5v，优点是具有防反接功能，可以进行过流保 护。 忻州师范学院电子系本科毕业论文（设计） 5 电路原理如图 4 所示。 3.1.2 单片机的最小系统 在智能化仪器仪表中，控制核心均为微处理器，而单片机以高性能、高速 度、体积小、价格低廉、稳定可靠而得到广泛应用，是设计智能化仪器仪表的 首选微控制器。虽然单片机里集成了很多电路，但仍旧不能独立运行，必须要 外连一些电路，才能使单片机运行起来。我们叫做单片机最小系统 最小系统电路如图 3.1.2.1 所示。 忻州师范学院电子系本科毕业论文（设计） 6 按键在按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点机械抖 动，然后其触点才稳定下来。抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为 510ms，在触点抖动期间检测按键的通与断状态，可能导致判断出错，即按键一次按 下或释放被错误地认为是多次操作，这种情况是不允许出现的。为了克服按键触点机 械抖动所致的检测误判，必须采取去抖动措施。这一点可从硬件、软件两方面予以考 虑。当输入电压 5v 时，取 r2 两端的电压为 0.25v，r3 两端的电压为 0.75v，r4 两端 的电压为 1.25v，r5 两端的电压为 1.75v，r6 两端的电压为 2.25v，r7 两端的电压为 2.75v，r8 两端的电压为 3.25v。当闭合开关 sw2 时，由 = ,r1=10k 得，21r5.0 r2=520。同理可 得：r3=1.8k，r4=3.3k ，r5=5.4k ，r6=8.2k， r7=12k，r8=18k。电路如图 7 所示。 图 3.1.2.2 报警电路 忻州师范学院电子系本科毕业论文（设计） 7 3.1.4 数码管显示电路 此电路以共阳方式连接， 如图 8 所示。选用 3906pnp 数 码管，此数码管的放大倍数 为 165, ic=24ma , ube=0.7v, ubc=0.3v, 数码管的压降 u=1.688v, 由 ic=ib 得 ib=ic/=24/165ma=0.15ma, 所以 r12-r18= k=15.07 28k，r19-r26= k=0.125k。2468.305 但是，当按上电路板时，出 现数码管不亮的现象，经过 图 8 显示电路 反复测试修改，最终将电阻改为 r12-r18=10 k，r19-r26=1 k ，显示效果 明显增强。 3.2 程序设计 3.2.1 程序设计思路 将住程序初始化后，用 p1.6 口进行 a/d 转换，判断是否有按键按下，有 按键按下时，将数值显示在 eeprom 中，无按键按下时返回判断按键。每隔 1 分钟记录一次数据，总共记录 8 次，数据循环覆盖。当按下第一个按键时， 显示第一个记录位置数据，其它按键同理，当没有按键按下时显示当前温度值。 忻州师范学院电子系本科毕业论文（设计） 8 3.2.2 程序框图 4. 过程记录 在电路设计中，通过对各种器件的对比分析，设计不同的电路，最终确定用 pnp 三极管、数码管和电阻以共阳方式连接电路。 在做 pcb 图时，当电路基本设计好后，检查电路时对三极管的集电极和发射 极的接法产生了疑问，经过重新分析和请教同学确定了这个事实，然后修改了电 路图，避免了做好板才发现错误带来麻烦。在做好电路板上电后发现数码管全不 亮，用万能表对电路进行检测时，发现电源电路以后就没有电压降，检查发现板 上有好几处铜线断开，点上焊锡又上电时，数码管可以正常显示。在电路板上焊 忻州师范学院电子系本科毕业论文（设计） 9 接电池后，上电发现所有数码管的 d,f,h 段全不亮，检测电路中没发现有错误的地 方，在老师的帮助下，发现芯片出了问题，换了一块芯片重新下载程序上电，结 果一切正常。经分析讨论得知，在焊接时开关没断开，而且手接触到焊脚时有静 电使芯片瞬间电流过大，烧坏芯片。 程序设计中，p1.6 与 p1.7 口都用于 ad 转换，但 ad 中断只有一个，用 ad 中断使两个 ad 转换造成混乱，改进：改用查询方式，根据 ad 转换标志位判断 转换是否完成，完成后进行相应的数据处理。p1.7 口的 ad 转换太快，使数据更 新太快从而造成显示时温度一直闪。改进：在定时中断 1 秒置标志位，每过 1 秒 更新一次显示的温度。 5. 测量方案与测量结果 当载入程序，连好电路后，数码管显示当前温度值，当温度时超过既定温度值 时，会使小红灯发亮，同时使得蜂鸣器发出报警声音。 6. 方案改进 本系统经测试、改进，电路实现结果良好，达到了预期的目的，完成了题目 中的基本要求。程序设计部分应用的是 c 语言编程，方案改进可以汇编和 c 语言结 合编程会是使程序更加的完美，最终实现设计目标。 总结 经过一段时间的设计、焊接、调试，终于能够达到预定的功能，此次设计让 我们对单片机有了初步的认识，了解了单片机的工作模式和具体过程，明白了怎 么利用单片机来设计满足自己设定功能的作品，怎样利用单片机来控制系统，怎 样进行单片机编程，掌握了焊接的技巧，通过对单片机最小系统的研究，掌握了 单片机各引脚的功能以及与各种外部扩展器件的链接，能够自己运用单片机来解 决实际问题 复习总结过去所学单片机及其它各门专业课相关的知识 ， 并将其灵活应用 的设计中去，最终进一步了解掌握所学课程，达到课本与实际相 结合的目的。 所以我把课程设计题目选定为火灾报警系统的设计,本系统以单片机为主控单元， 忻州师范学院电子系本科毕业论文（设计） 10 能够及时监测到系统故障和环境中有无火灾，火灾一旦发生将实现声光报警，并 采取有效措施控制火情的发展， 将火灾消灭在萌芽状态，以确保人身财产安全 ，最大限度地减少损失。 。 参考文献 1 郑郁正. 单片机原理及应用. 四川大学出版社 2003 2 彭军. 传感器与检测技术. 西安电子科技大学出版社 2003 3 李永生 杨莉玲 . 半导体气敏元件的选择性研究. 传感器技术 2002 4 孙育才 mcs-51 系列单片微型计算机及其应用，第 4 版，东南大学出版 社， 2006 5 王庆 protel99 sedxp 电路设计教程，电子工业出版社， 2008 6 康华光 电子技术基础模拟部分，第 4 版，高等教育出版社 2006 7 刘军 单片机原理与接口技术，华东理工大学出版社，2006 8 赖寿宏 微型计算机控制技术，机械工业出版社，2009 9 李中望 一种智能火灾报警系统的设计方案，安防科技，2008 10王忠民 基于单片机的语音数字联网火灾报警器设计，现代电子技术， 2004 abstract 题目 关键词翻译 with the progress of the times and development, microcontroller technology has spread to our life, work, scientific research, each domain, has become a mature technology, aiming at the currently used thermistors measurement method, proposed by a single bus digital 忻州师范学院电子系本科毕业论文（设计） 11 temperature sensor ds18b20 and of scm new temperature measuring instrument. in order to in industrial production, process control and indoor temperature detection in accurate measuring temperature, design a low-power at89c51 based on digital thermometer. the whole system through the single-chip microcomputer at89c51 control ds18b20 read temperature, adopt lcd display temperature numerical, temperature sensor ds18b20 and single-chip microcomputer between through a serial port for data transmission. the thermometer belongs to the multi-function thermometer, not only can measure and displays live temperature, still have time or date set display total can, and through the corresponding button current time and date. clock chips, to obtain ds1302 chip use time and timing. keyword: at89c52mcu ds18b20 at89c52 ds1302 附录 附录 1：程序清单 #include #include #include #include sfr adc_contr = 0xbc; sfr adc_res = 0xbd; sfr adc_resl = 0xbe; sfr p1asf = 0x9d; sfr auxr1 = 0xa2; sfr iap_data = 0xc2; sfr iap_addrh = 0xc3; sfr iap_addrl = 0xc4; sfr iap_cmd = 0xc5; sfr iap_trig = 0xc6; sfr iap_contr = 0xc7; #define g dbyte0x30 #define s dbyte0x31 #define b dbyte0x32 #define gg dbyte0x33 #define ss dbyte0x34 #define bb dbyte0x35 #define gao dbyte0x40 #define di dbyte0x41 #define yi dbyte0x42 #define er dbyte0x43 #define sa dbyte0x44 #define si dbyte0x45 #define wu dbyte0x46 #define li dbyte0x47 #define qi dbyte0x48 忻州师范学院电子系本科毕业论文（设计） 12 #define ba dbyte0x49 unsignedcharcode c20=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92, 0x82,0xf8,0x80,0x90,0x40,0x7 9,0x24,0x30, 0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x1 0; unsigned char x,y,z,i,j,k,l,h,m,n; unsigned int data a0 ;_at_0x50; unsigned int data a1 ;_at_0x52; float a2,a3; bdata unsigned char e; sbit e_0=e0; sbit e_1=e1; sbit e_2=e2; sbit e_3=e3; sbit e_4=e4; void del(char o) unsigned char ii; unsigned char jj; for (jj=0;jj25 a3=a1; a3=a3*500/1024; a1=a3*10; gg=a1%10; ss=a1%100/10+10; bb=a1%1000/100; 忻州师范学院电子系本科毕业论文（设计） 14 adc_resl=0x00; adc_res=0x00; adc_contr=0x00; void main() x=20;y=3;z=2; p1asf =0xc0; auxr1=0x04; ie=0x82; th0=0x3c; tl0=0x0b; tmod=0x01; tcon=0x50; i=j=n=0; while(n!=8) iap_contr=0x83; iap_cmd=0x01; iap_addrh=j; iap_addrl=i; iap_trig=0x5a; iap_trig=0xa5; ; switch(n) case 0:yi=iap_data;break; case 1:er=iap_data;break; case 2:sa=iap_data;break; case 3:si=iap_data;break; case 4:wu=iap